(57)【要約】【課題】  被測定物に接触したことを検出する接触圧力検出部が、測長位置を検出するための位置検出部に対して測定誤差の影響を与えずに、正確で再現性のある計測結果が得られる接触式変位測長器を提供する。【解決手段】  スピンドルの一端に取り付けられている測定子と、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部と、測定子と接触圧力検出部の間に配置された変位検出部と、スピンドルを軸線方向に動作させるためのリニアアクチュエータと、スピンドルと同軸上に配置されるリニアアクチュエータの可動軸とを備え、該リニアアクチュエータの可動軸の一端とスピンドルの他端とが接触圧力検出部を介して固定され、接触圧力検出部の出力に応じてスピンドルを上下に動作させ、測定子と被測定物との接触圧力を一定に保つようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケールと共に移動可能に取り付けられたスピンドルを有し、前記スピンドルの軸線方向の変位を検出する接触式変位測長器において、
前記スピンドルの一端に取り付けられている測定子と、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部と、前記測定子と前記接触圧力検出部の間に配置された変位検出部と、前記スピンドルを軸線方向に動作させるためのリニアアクチュエータと、前記スピンドルと同軸上に配置される前記リニアアクチュエータの可動軸とを備え、該リニアアクチュエータの可動軸の一端と前記スピンドルの他端とが前記接触圧力検出部を介して固定され、前記接触圧力検出部の出力に応じて前記スピンドルを軸線方向に動作させ、前記測定子と被測定物との接触圧力を一定に保つように構成されていることを特徴とする接触式変位測長器。
【請求項２】
前記接触圧力検出部は、ひずみゲージを貼り付けた薄板と該薄板の両端部を保持する支持部材とを有し、前記ひずみゲージを貼り付けた薄板が前記スピンドルの他端に固定されるとともに、前記支持部材が前記リニアアクチュエータの可動軸に固定され、前記ひずみゲージの歪みデータに基づき前記測定子と前記被測定物との接触圧力を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の接触式変位測長器。
【請求項３】
前記接触圧力検出部は、側面形状が略Ｃ型状で開口部を有する支持部材と、前記開口部の両端面のそれぞれに固定される一対の金属板を設け、該一対の金属板を所定の間隙を保つように対向配置させ、前記一対の金属板間の静電容量に基づき前記測定子と前記被測定物との接触圧力を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の接触式変位測長器。
【請求項４】
前記測定子と前記スケールとの間に前記スピンドルの軸受け部を有し、該軸受け部がリニアボールベアリング方式であることを特徴とする請求項１記載の接触式変位測長器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式の変位測長器に関する。特に、スピンドルの先端に設けられた測定子を被測定物に対して低圧力で当接させ、且つスピンドルの動作範囲内において定圧力となるような構成とした接触式変位測長器に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式変位測長器の周知の構成は、スピンドルの先端に被測定物との接触を検出するための接触圧力検出部が設けられており、スピンドルの中央部にはスピンドルの変位を検出するための位置検出部が設けられており、スピンドルの後端にはスピンドルを軸線方向に可動するためのリニアアクチュエータが取り付けられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
この種の接触式変位測長器では、スピンドルの先端に被測定物との接触を検出するための接触圧力検出部が取り付けてあって、被測定物の測長はこの接触圧力検出部を介してスピンドルの中央部にある変位を検出するための位置検出部によって行われる。
【０００４】
以下、図面を参照して従来技術における接触式変位測長器について説明する。図４は、背景技術を示す平面図である。フレーム１００の中央部に鉛直方向に移動するスピンドル１０１を設け、スピンドル１０１の先端部には微小変位を発生させる圧電素子１０２を介して静電容量型変位検出器１０３とスタイラス１０４が取り付けられている。ここで用いられるスタイラス１０４は、支持点を振動の節とし、両端を振動の腹とする一次モードで共振する振動子からなり、この共振状態にある振動子のホーン先端を被測定物１５０へ近づけ、先端が被測定物１５０より拘束を受けると共振状態が変化する。この変化を検出用電極により検出することにより、接触状態を検知する。また、スピンドル１０１後端部には粗大変位を発生させる可動コイル型アクチュエータ１０５が配置される。被測定物形状へのスタイラス１０４先端の追従動作の際、微小な変位は圧電素子１０２で行い、大きな変位は可動コイル型アクチュエータ１０５でなされる精粗駆動方式を採用している。被測定物形状のＺ軸方向の測定量は、スタイラス１０４直近に配した静電容量型変位検出器１０３によって検出される値を用いる。
【０００５】
【非特許文献１】西村  国俊、外７名、“非接触表面形状ナノ測定機の開発”、[online]、新エネルギー・産業技術総合開発機構、[平成１６年１月３０日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nedo.go.jp/itd/teian/ann-mtg/fy11/seika/98y28001/98y28001s.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、背景技術で示した接触式変位測長器では、被測定物の測長はスピンドルの先端に設けた被測定物に接触したことを検出する接触圧力検出部を介して、スピンドルの中央部にある変位を検出するための変位検出部によって行われる。被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部が、被接触物に接触することで振動モードが変化し、この変化にともなって歪みを生じ自己の寸法が変化してしまう。この寸法変化が被測定物を測長する場合に誤差となって、正しい計測結果や再現性のある計測結果が得られないという問題があった。
【０００７】
また、被測定物に当接する部分がスタイラスで構成されているため、一般的な接触式変位測長器に用いられる被測定物の形状に合った測定子を取り付けて測定することができな
いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明は、測長器の一部分が被測定物に当接することで被測定物の寸法を計測する接触式変位測長器において、スピンドルの一端に取り付けられている測定子と、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部と、測定子と接触圧力検出部の間に配置された変位検出部と、スピンドルを軸線方向に動作させるためのリニアアクチュエータと、スピンドルと同軸上に配置されるリニアアクチュエータの可動軸とを備え、該リニアアクチュエータの可動軸の一端とスピンドルの他端とが接触圧力検出部を介して固定され、接触圧力検出部の出力に応じてスピンドルを軸線方向に動作させ、測定子と被測定物との接触圧力を一定に保つように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明によれば、スピンドルの一端に測定子が取り付けられ、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部がスピンドルの他端に取り付けられ、測定子と接触圧力検出部の間に変位検出部を配置することによって、被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部自身の歪みによる誤差を測長結果に含むことなく、スピンドルの移動領域において接触圧力を一定で低圧力にすることができるため、被測定物へ加わる荷重が小さく被測定物の変形が押さえられ、より正確で再現性のある計測結果が得られるような高精度な接触式変位測長器を構成することができる。
【００１０】
更に、本発明の接触式変位測長器の構成によれば、一般的な接触式変位測長器に用いられる測定子が、スピンドルの先端に取り替え設置可能な状態にあり、被測定物の形状に合わせて様々な形状の測定子が取り付けられることができるので、被測定物の形状を制限することなく汎用性のある計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係わる接触式変位測長器の具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係わる接触式変位測長器の一具体例の全体構成を示す概略図である。本発明の接触式変位測長器４０には、主要構造部材を内蔵するためのフレーム１を有し、そのフレーム１の一部に、軸線方向に孔を有したステム２が取り付けられている。そのステム２の孔内には軸受け部であるリニアボールベアリングが内蔵されたリテーナ３を配しており、そのリテーナ３内をスピンドル４が滑動可能に配置されている。そして、スピンドル４の一部には等ピッチの明暗の縞が形成されたスケール５が、その縞がスピンドル４の軸線方向に対して直角方向となるように接着されており、スケール５はスピンドル４と共に軸線方向に移動する。そして、スピンドル４の先端には測定子６が取り付けられており、被測定物５０に測定子６が当接して測定が行われる。そして、スケール５を挟むようにして受発光素子が配置されており、発光素子として反射型のＬＥＤ７がフレーム1上に取り付けられている。受光素子には、フォトダイオード上に固定スケールパターンが焼き付けられた受光ＩＣ８が用いられており、その受光ＩＣ８は電源等の電子部品を搭載した基板９上にスケール５に対向するように配置されており、基板９は受光ＩＣ８の受光面とスケール５上の縞面が一定の間隔を保つようにフレーム１上に固定されている。このようにして、スケール５とＬＥＤ７と受光ＩＣ８によって変位検出部１０が構成される。この変位検出部１０の構成は上述した光学式ばかりでなく磁気式や静電容量式のものを用いても構わない。
【００１２】
そして、スピンドル４の後端には、後述するひずみゲージの抵抗変化や金属板間の静電容量の変化によって被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部１１が取り付
けられている。そして、接触圧力検出部１１のスピンドル４が固定された面とは反対側の面には、スピンドル４の軸線と同一上に可動軸１２が取り付けられている。そして、この可動軸１２の先端にはリニアアクチュエータ１８を構成するための筒型形状のボビン１３が取り付けられており、このボビン１３には銅線が巻き付けられコイル１４が形成されている。そして、ボビン１３の内外周間で磁気回路が形成されるように磁石１５とヨーク１６が配置されている。そして、スピンドル４の軸線上にあるボビン１３の内壁面とヨーク１６の端面の間には圧縮コイルバネ１７が設けられ、スピンドル４を下死点方向に押し下げるように働いている。ここで本発明では、スピンドル４の初期位置が圧縮コイルバネ１７の作用によって下死点側にある構成を説明したが、圧縮コイルバネ１７を引っ張りコイルバネに替え、コイル１４に流れる電流の向きを変えて、スピンドル４の初期位置を上死点側としてもよい。
【００１３】
図２は本発明に係わる接触式変位測長器の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部の構成を示す側面図である。本発明の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部１１は、矩形形状をしたバネ性のある薄板２０の上下面に、ひずみゲージ２１が上下左右の対象位置４ヶ所に接着されており、ひずみゲージ２１が接着された薄板２０は、側面形状がコの字型状の支持部材２２に薄板２０の両端部が接着剤２３により固定されている。そして、ひずみゲージ２１が接着された薄板２０の中央部には孔が設けられており、ここにスピンドル４の後端がネジ２４によって固定されている。一方、支持部材２２の薄板２０が固定された面とは反対側の面には、スピンドル４の軸線と一致した方向にリニアアクチュエータの動作をスピンドル４側へ伝達するための可動軸１２が取り付けられている。
【００１４】
上述した構成における接触圧力検出部１１の動作は、被測定物に測定子が接触してスピンドル４が押し上げられることによって、薄板２０は二点鎖線２５で示すように湾曲に変形し、ひずみゲージ２１には曲げ方向の応力が生じることになる。このひずみゲージ２１に生じる応力が一定となるように図１で示したリニアアクチュエータ１８を軸線方向に可動させることで、リニアアクチュエータ１８に連なる測定子６が被測定物５０に対して定圧力で接触することになる。
【００１５】
図３は本発明に係わる接触式変位測長器の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部の他の例を示す側面図である。本発明の被測定物への接触圧力を検出するための接触圧力検出部１１は、側面形状が略Ｃ型状で一部分が変形可能なように開口部を有する支持部材３０に、金属板３１と金属板３２が対向して間隙を保つように配置され、金属板３１と金属板３２は電気的に絶縁されるように接着剤３３により支持部材３０に固定されている。そして、金属板３１及び金属板３２には、図示していない静電容量の変化を検出する回路部へ接続するためのリード線３４が取り付けられている。そして、支持部材３０の一面にはスピンドル４が固定されており、スピンドル４が固定された面とは反対側の面には、スピンドル４の軸線と一致した方向にリニアアクチュエータの動作をスピンドル４側へ伝達するための可動軸１２が取り付けられている。
【００１６】
上述した構成における接触圧力検出部１１の動作は、被測定物に測定子が接触してスピンドル４が押し上げられることによって、金属板３１と金属板３２との間隙が変化し金属板間の静電容量が変化することになる。この金属板間の静電容量が一定となるように図１で示したリニアアクチュエータ１８を軸線方向に可動させることで、リニアアクチュエータ１８に連なる測定子６が被測定物５０に対して定圧力で接触することになる。
【００１７】
上述した様に、本実施例で示した接触式変位測長器の構成とすることで、スピンドルの一端に測定子が取り付けられ、該測定子を被測定物に当接し、その接触圧力を検出するための接触圧力検出部がスピンドルの他端に取り付けられ、測定子と接触圧力検出部の間に
変位検出部を配置しているため、被測定物に接触したことを検出するための接触圧力検出部自身の歪みによる誤差を測長結果に含むことなく、スピンドルの移動領域において接触圧力を一定で低圧力にすることができるため、被測定物へ加わる荷重が小さく被測定物の変形が押さえられ、より正確で再現性のある計測結果を得ることができる。
【００１８】
更に、本発明の接触式変位測長器の構成によれば、一般的な接触式変位測長器に用いられる測定子が、スピンドルの先端に取り替え設置可能な状態にあり、被測定物の形状に合わせて様々な形状の測定子が取り付けることができるので、被測定物の形状を制限することなく汎用性のある計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の接触式変位測長器の一具体例の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の接触式変位測長器に於ける被測定物への接触圧力を検出するための検出部の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の接触式変位測長器に於ける被測定物への接触圧力を検出するための検出部の構成を示す測面図である。
【図４】背景技術の接触式変位測長器の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  フレーム
２  ステム
３  リテーナ
４  スピンドル
５  スケール
６  測定子
７  ＬＥＤ
８  受光ＩＣ
９  基板
１０  変位検出部
１１  接触圧力検出部
１２  可動軸
１３  ボビン
１４  コイル
１５  磁石
１６  ヨーク
１７  圧縮コイルバネ
１８  リニアアクチュエータ
２０  金属板
２１  ひずみゲージ
２２  支持部材
２３  接着剤
２４  ネジ
２５  二点鎖線
３０  支持部材
３１、３２  金属板
３３  接着剤
３４  リード線
４０  接触式変位測長器
５０  被測定物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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